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1、第18卷第2期常熟高专学报Vol.18No.22004年3月JournalofChangshuCollegeMar.2004X双峰中密度聚乙烯/纳米碳酸钙复合材料的流变行为与力学性能122于茂赏,高俊刚,史大刚(1.常熟高等专科学校化学系,江苏常熟2155002.河北大学化学与环境科学学院,河北保定071002)摘要:研究了双峰中密度聚乙烯(BMDPE)与纳米碳酸钙不同配比复合物的流变行为与力学性能。讨论了复合物的组成、剪切应力和剪切速率以及温度对熔体粘度和膨胀比的影响,测定了不同配比熔体的非牛顿指数(n)、熔体流动速率(
2、MFR)、粘流活化能以及习用屈服应力,断裂应力和断裂伸长率,用扫描电镜观察了纳米碳酸钙在复合材料中的分散情况。结果发现:纳米碳酸钙可以均匀地分散在BMDPE中,少量的纳米碳酸钙就可以明显提高材料的力学性能,在较高的剪切速率下还可以改善材料的加工性能。关键词:双峰中密度聚乙烯;纳米碳酸钙;复合材料;流变性;力学性能+中图分类号:TQ325·12文献标识码:A文章编号:1008-2794(2004)02-0029-05聚乙烯(PE)是人类对高分子材料需求量最大化和高性能化的要求越来越高,又由于无机纳米粒[1]的材料之一,也是应
3、用最广泛的高分子材料。子平均粒径处于宏观与微观的过度区,表面原子多、2000年我国对聚乙烯的表观消费量已达到了比表面积大且表面能高,能够显示出独特的小尺寸5970KT,较1999年增长了11.8%,国内聚乙烯的生效应、表面效应、及宏观量子隧道效应等特性,具有[3,4]产已达到了3020KT,较上年增长了9.8%。聚乙烯许多常规材料不可能具有的性能,而且少量(3[5]被广泛应用于管材、包装材料、农地膜、电线、电缆及～5wt%)的纳米粒子就可以对聚合物明显改性,其它塑料制品。为了提高聚乙烯的性能,满足不同还可能赋予高分子材料某
4、些奇特性能,因此用无机的需求,开发出了一系列新型的聚乙烯品种。例如纳米粒子与高分子材料杂化复合,制备出形形色色20世纪90年代中后期,茂金属催化合成聚烯烃获的高分子/无机纳米复合材料将具有重要的科研和得成功,人们开发出了强度较高的茂金属聚乙烯。实用价值。本文用纳米碳酸钙与双峰中密度聚乙烯但它难于加工,为了克服茂金属聚乙烯难于加工的复合,研究了复合材料的流变性能和力学性能,为开缺点,人们又开发了双峰聚乙烯(BPE)。双峰中密发新型的高分子/无机纳米复合材料提供了依据。度聚乙烯(BMDPE)是继茂金属聚乙烯后又一新品1实验部分
5、种,它由低结晶度高分子量的共聚物和高结晶度低[2]分子量的均聚物组成。然而人们对这种聚乙烯的1.1实验原料加工和使用的研究还很少,实用而有效的加工方法BMDPE,型号FB2310(北欧化工公司);纳米碳有待开发。酸钙(北京纳诺泰克纳米科技有限公司);普通碳酸随着科学技术的发展,人们对高分子材料功能钙(北京红星化工厂)X收稿日期:2003-09-02基金项目:河北省自然科学基金(批准号:201068)、河北省教育厅科研基金(批准号:2000105)资助项目.作者简介:于茂赏(1969—),男,河北河涧人,硕士,讲师.30常熟
6、高专学报2004年1.2样品的制备于150℃在不同剪切应力(τw)测定各共混熔体·取BMDPE80g左右,按纳米CaCO3质量百分比流经毛细管时的剪切速率(γw)、表观粘度(ηa)可得分别配成0%、1%、3%、5%、8%的混合料,于140℃图1、图2和表1。在双辊混炼机中分别混炼15min,并用平板硫化仪于140℃压成规格为140mm×95mm×1.7mm的片材,再将压片用标准切刀切成总长110mm,细径长26mm,宽6.6mm的哑铃型标准试条测试拉伸力学性能。对于普通碳酸钙,先过360目筛,再和BMDPE配成CaCO3含
7、量3%的混合料,按上述方法混炼、制片并测试。1.3设备及表征采用XLY-Ⅱ型流变仪测试上述各试样的流变性能。毛细管长L为40mm,直径D为1mm,样品用量0.8-1.2g,测试温度150-190℃,测试压力1.96-49MPa。图1较低剪切速率下BMDPE/纳米CaCO3共混熔体的流变曲线用μPXRZ-400C型熔体流动速率仪在190℃下测试不同CaCO3含量复合材料的熔体流动速率(MFR),样品用量3g,负荷2160g,每4min取样一次。用LJ-500N型拉力实验机在25℃,相对湿度60%,拉伸速率10mm/min条件
8、下,对不同组成标准试样条进行拉伸,测定习用屈服应力、断裂应力和断裂伸长率。采用KY-1000B型扫描电镜拍摄共混物微观结构照片,观察纳米粒子在高分子材料中的分散情况。2结果与讨论[6]2.1流变特性数据处理原理图2较高剪切速率下BMDPE/纳米CaCO3共混熔体的流变曲线由于该实验中所用毛细管的长径比为
